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数学知识体系

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⌕2026/8/31
概念

埃拉托斯特尼筛

逐个划去合数留下素数的古老算法,复杂度接近线性,是筛法的原型。

所属主题:解析数论 ↗
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当前概念

埃拉托斯特尼筛解析数论

01定义

从 2 起逐个标记素数、划去其倍数,留下的即素数——两千三百岁的算法至今仍是生成素数表的工业标准,复杂度近似线性,也是「筛法」一切现代变体的原型。
筛至 √30:划去 2、3、5 的倍数 2345678910 111213141516171819 202122232425262728 圈 = 素数;被 2、3、5 整除者已出局 复杂度 O(n log log n):每个合数只被最小素因子划一次即可
经典筛:小素数层层过滤,合数落网

02核心要点

01

算法与复杂度

只筛到 n\sqrt{n}(合数必有小素因子),总操作 ∑p≤nnp=O(nlog⁡log⁡n)\sum_{p\leq\sqrt{n}}\frac{n}{p}=O(n\log\log n);线性筛(欧拉筛)进一步做到每个合数恰被标记一次。

02

组合筛法的原型

把「划去倍数」抽象为容斥原理:估计与一组素数互素的整数个数——现代筛法用权重优化把容斥截断误差控制住。

03

工程实现

位图压缩(只存奇数)、分段筛(缓存友好)、轮式分解(跳过 2、3、5 的倍数)——数论软件与素数纪录的基础设施。

03关键公式

π(n)≈n∏p≤n(1−1p),筛的启发式\pi(n)\approx n\prod_{p\leq\sqrt{n}}\Big(1-\frac{1}{p}\Big),\quad\text{筛的启发式}

04历史沿革

埃拉托斯特尼(约公元前 240 年)发明;欧拉给出乘积形式的分析;现代计算机时代经分段与位压缩优化,仍是 GIMPS 等素数搜索项目的预处理标准。

05应用与延伸

密码学的素数表预生成、整数分解的试除阶段、哥德巴赫猜想的数值验证(已验证至 4×10184\times 10^{18})、数学教育与素数可视化。

06交互演示

筛法网格:逐步划去合数依次用 2、3、5、7 划去倍数:幸存者是素数,删除线是合数

07相关概念